賓夕法尼亞州立大學(xué)工程科學(xué)與力學(xué)教授梅利克·德米雷爾（Melik Demirel）說(shuō)：“自然界知道如何從小原子級(jí)發(fā)展到更大規(guī)模?！?“工程師們使用混合規(guī)則來(lái)增強(qiáng)性能，但僅限于單個(gè)尺度。我們從未深入到層次工程的下一個(gè)層次。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是，從分子到整體，不同尺度上存在明顯的作用力。 ”

根據(jù)定義，復(fù)合材料由不止一種組分組成。混合規(guī)則說(shuō)，雖然一種組分與另一種組分的比例可以變化，但復(fù)合材料的物理性能受到限制。根據(jù)Demirel的說(shuō)法，他的團(tuán)隊(duì)至少在納米級(jí)上突破了這一極限。

Demirel說(shuō)：“如果您使用導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，則聚合物和金屬化合物的數(shù)量受混合物規(guī)則的限制?！?“這些規(guī)則支配著有關(guān)基質(zhì)和填料的一切。我們采用了材料（一種生物聚合物和一種原子薄的導(dǎo)電材料），讓它們通過(guò)自組裝進(jìn)行組織，打破了混合規(guī)則?！?/span>

該團(tuán)隊(duì)的材料包括仿生聚合物，該仿生聚合物基于基因重復(fù)產(chǎn)生的串聯(lián)重復(fù)蛋白，并受魷魚(yú)齒齒蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)啟發(fā)，而碳化鈦MXene是導(dǎo)電2D材料。隨著這種層狀復(fù)合材料的自組裝，聚合物介導(dǎo)了MXene層之間的距離。通過(guò)基因工程串聯(lián)重復(fù)蛋白，該蛋白重復(fù)一個(gè)保守的序列，研究人員能夠控制導(dǎo)電MXene層的層間距離，而無(wú)需改變復(fù)合部分。研究人員的目標(biāo)是利用合成生物學(xué)來(lái)創(chuàng)造自組裝材料，并對(duì)其物理特性進(jìn)行前所未有的控制。

由于聚合物自組裝成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，因此聚合物基體與MXene填料之間的比例可能會(huì)在很小的區(qū)域破壞混合規(guī)則，從而改變層狀材料的電性能。研究人員在ACS Nano上的一篇論文中報(bào)告了他們的工作結(jié)果。

仿生聚合物-金屬?gòu)?fù)合物在適當(dāng)?shù)谋倔w混合物中可以是柔性的，也可以是導(dǎo)電的。在微觀尺度上，當(dāng)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性破裂時(shí)，電導(dǎo)率取決于方向。Demirel說(shuō)：“獨(dú)特之處在于，現(xiàn)在您可以獲得與面外電導(dǎo)率不同的面內(nèi)電導(dǎo)率?！?/span>

只要電流沿著2D材料層的平面流動(dòng)，電導(dǎo)率就是線性的，但是如果電流流過(guò)這些層，電導(dǎo)率就會(huì)變成非線性的?！艾F(xiàn)在我們可以制造一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備了，” Demirel說(shuō)?！拔覀冞€可以制造二極管，開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)器和其他電子設(shè)備。我們希望制造具有所需性能的材料，以構(gòu)建難以實(shí)現(xiàn)或以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新穎功能?！?/span>